DE2028321C2

DE2028321C2 - Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2028321C2
Application number: DE2028321A
Authority: DE
Inventors: Mataji Nagasaki Tateishi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1969-06-09
Filing date: 1970-06-09
Publication date: 1983-10-27
Also published as: DK132464C; US3695784A; CH503897A; GB1317913A; DK132464B; DE2028321A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem Pumpenkolben, der beim Druckhub Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum über eine Verbindungsbohrung einem mit einem Ventilsitzkegel, einem diesem pumpenkolbenseitig vorgelagerten Entlastungskolben und einem daran anschließenden Ventilschaft zur Führung in einem Ventilträger versehenen, gegen Federkraft öffnenden Druckventil und über letzteres sowie eine angeschlossene Einspritzleitung einer Einspritzdüse zuführt, wobei das Ende der Einspritzung durch eine mit einem w Überströmkanal zusammenwirkende Steuerkante am Pumpenkolben herbeigeführt wird, und mit einem am Druckventil ausgebildeten Steuerkolben, durch den beim Schließvorgang des Druckventils am Ende der Einspritzung mit abnehmender Hubhöhe des Ventils in &o zunehmendem Maße ein Kraftstoffdurchflußquerschnitt verringert wird.

Es sind Kraftstoffeinspritzpumpen üblicher Bauart ohne einen derartigen Steuerkolben bekannt, die einen in einem Pumpenzylinder arbeitenden Pumpenkolben ^⁵ aufweisen, wobei in der Zylinderwand Öffnungen vorgesehen sind, über welche der Kraftstoff in den Zylinder eingelassen wird. Beim Aufwärts- und Abwärtshub des Kolbens im Zylinder werden diese Öffnungen geöffnet und geschlossen. Wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt seines Hubs befindet, sind die Öffnungen offen und wird Kraftstoff in den Zylinder eingelassen. Beim Aufwärtshub verdeckt der Kolben die Öffnungen und schließt sie und setzt außerdem den im Zylinder befindlichen Kraftstoff unter Druck, so daß der Kraftstoff ein Druckentlastungsventil in die Offenstellung drängt, das durch eine Feder in die Schließstellung vorbelastet ist, und in eine mit der Einspritzleitung in Verbindung stehende AuslaSkammer eintritt. Der Kolben setzt seinen Aufwärtshub im Zylinder fort, so daß die Öffnungen wieder geöffnet werden, wenn eine antriebsseitig gelegene Steuerkante am Kolben an ihnen vorbeigelangt. In diesem Augenblick fällt der im Pumpenarbeitsraum über dem Kolben herrschende Druck ab, so daß sich das Ventil unter der Vorbelastung der Feder schließen kann. Der Kolben kehrt zum unteren Totpunkt seines Hubs zurück, worauf die Arbeitsreihenfolge wiederholt wird.

Wenn die Öffnungen zur Beendigung der Einspritzung geöffnet werden, beginnt auch der in der Auslaßkammer herrschende Druck abzufallen. Sodann durchläuft eine Druckwelle den Kraftstoff zum sich relativ schnell schließenden Druckventil hin, an dem diese Druckwelle zurückgeworfen wird und wieder zur Einspritzdüse zurückläuft, die daraufhin erneut öffnen kann, so daß Kraftstoff in einem unerwünschten sekundären Einspritzvorgang in den Brennkraftmaschinenzylinder nachgespritzt wird.

Eine solche Pumpenbauart weist diesen Nachteil auf, weil die Schließgeschwindigkeit des Druckventils und somit auch die Zeitspanne, während welcher das Schließen des Ventils erfolgt, nicht gesteuert werden kann.

Aus der CH-PS 3 05 822 ist bereits eine Kraftstoffeinspritzpumpe der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei der eine unkontrollierte Nacheinspritzung dadurch verhindert werden soll, daß nach Beendigung des Einspritzvorganges die auftretende Druckwelle durch einen die Schließgeschwindigkeit des ebenfalls als Entlastungsventil ausgebildeten Druckventils beeinflussenden Strömungsdrosselquerschnitt gemildert wird. Der Drosselquerschnitt wird dabei durch einen Spalt zwischen dem im Durchmesser vergrößerten Kopf des Druckventils und der seitlichen Wand einer diesen Kopf aufnehmenden Bohrung gebildet, wobei sich die Durchlaßquerschnittsfläche in Abhängigkeit von der Hubhöhe des Druckventils ändert. Im übrigen erfolgt die Beeinflussung der Ventilschließgeschwindigkeit hier dadurch, daß zwischen dem Kolbenkopf und den bereits in die Führungsbohrung für den Ventilschaft eingetauchten Entlastungskolben eingeschlossener Kraftstoff beim Schließvorgang des Ventils über den Drosselquerschnitt verdrängt wird.

Dadurch, daß der zur Drosselung vorgesehene Spalt sich zwischen der Außenfläche des Ventilkopfes und der diesen umgebenden Bohrungswand befindet, müssen die Toleranzen der diesen Spalt bildenden Flächen im Hinblick auf den relativ großen Durchmesser in diesem Bereich äußerst gering sein, oder es kann bei zugelassenen größeren Toleranzen die Schließgeschwindigkeit nur sehr grob gesteuert werden.

Weiterhin ist durch die CH-PS 4 12 468 eine Brennstoffeinspritzpumpe bekannt, bei der baulich getrennt vom Druckentlastungsventil zur Beseitigung von Druckwellen-in der Kraftstoffeinspritzleitung in den KraftstoTfabströmweg aus dem Pumpenarbeitsraum

eine Drosselstelle zur Drosselung der Strömung angeordnet ist. Dabei ist die Drosselung des überströmenden Kraftstoffs veränderlich und unter anderem abhängig vom Hub des Pumpenkolbens. Zu diesem Zweck befindet sich im mittleren Teil des Kolbens in dessen Mantelfläche ein ringförmiger Einschnitt, zu dem vom Pumpenarbeitsraum am oberen Ende des Kolbens her ein in dessen Mantelfläche angeordneter Überströmkanal geführt ist. Dabei hat der ringförmige Einschnitt eine in vertikaler Richtung veränderliche Tiefe. Dem Einschnitt liegen senkrecht zur Achsrichtung des Kolbens verlaufende Überströmöffnungen gegenüber, über die der zurückströmende Kraftstoff abfließt. Somit erfolgt die Veränderung der Drosselwirkung durch eine entsprechende Ausgestaltung der Kolbenrnantelflächü, die im Hinblick auf den Kolbendurchmesser nur relativ grob sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Krafistoffeinspritzpumpe der eingangs beschriebenen Art mit einem unter Mitwirkung des Druckventil selbst gebildeten Drosselquerschnitt zur Steuerung der Schließgeschwindigkeil des Ventils den fertigungstechnischen Aufwand im Hinblick auf die Dimensionierung des Querschnitts für eine genau abgestimmte Steuerung der Geschwindigkeit zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steuerkolben pumpenkolbenseitig am Druckventil ausgebildet ist und dabei entweder ein am Ende des Ventilschafts angeordneter, gegenüber diesem im Durchmesser verkleinerter, mit einem zum Pumpenkolben hin konisch zulaufenden Endabschnitt versehener und unter Bildung eines Ringspalts als Kraftstoffdurchflußquerschnitt in die Verbindungsbohrung vom Pumpenarbeitsraum zum Druckventil eintauchender Kolben ist, oder ein zugleich den Führungsschaft des Druckventils darstellender Kolben ist, dessen pumpenkolbenseitiges Ende steuerkantenartig mit mehreren einerseits höhenversetzt in der Führungsbohrung für den Ventilschaft und andererseits neben der mit einem zum Pumpenarbeitsraum hin schließenden Rückschlagventil versehenen Verbindungsbohrung zwischen Druckventil und Pumpenarbeitsraum in letzterem mündenden Bohrungen zusammenwirkt.

Durch den am Ende des Ventilschafts mit verkleinertem Durchmesser angeordneten Kolben können die -»5 Toleranzen für die Einhaltung eines bestimmten drosselnden Steuerquerschnitts fertigungstechnisch großzügiger gehandhabt werden und ist auch im zweiten Fall mit vom Führungsschaft des Druckventils gesteuerten Verbindungsbohrungen zum Pumpenar- >" beitsraum hin die Einhaltung eines bestimmten Querschnittsverlaufs für die genaue Einhaltung eines bestimmten Geschwindigkeitsverlaufs für die Schließgeschwindigkeit des Druckventils mit fertigungstechnisch einfachen Mitteln relativ leicht zu realisieren. > >

Im Zusammenhang mit dem letztgenannten Fall ist aus der FR-PS 15 29 222 eine Kraftstoffeinspritzpumpe bekannt, bei der entweder über oder unter dem Druckventil ein in Richtung zur Einspritzdüse hin öffnendes Kugel-Rückschlagventil vorgesehen ist. wo- &o bei der Kraftstoff bei durch die Kugel verschlossenem Kanal am Ende der Einspritzung eine parallel zu dem Kanal vorgesehene Drosselbohrung mit konstantem Querschnitt durchströmt. Das Druckventil selbst hat hier keine steuernde Funktion.

Außerdem kann mit der konstanten Drosselöffnung zwar die Schließgeschwindigkeit des Druckventils verringert werden, jedoch hai eine konstante Drosselwirkung, welche schon zu Beginn eier Rückstromung auftritt, den wesentlichen Nachteil, daß die für ein zuverlässiges, rasches Schließen der Einspritzdüse unbedingt erforderliche plötzliche Druckentlastung der Einspritzleitung nicht stattfinden kann, sondern eben nur eine gedrosselte Druckentlastung, womit auch die Einspi itzdauer bzw. Öffnungszeit der Einspritzdüse nachteilig verlängert wird. Wenn nun ausgehend von dem Grundgedanken einer Drosselöffnung konstanten Querschnitts zur Vermeidung der Verlängerung der Einspritzzeitspanne eine größere Drosselöffnung konstanten Querschnitts gewählt würde, würde infolge des übermäßig schnellen Schließens des Druckventils wiederum die Gefahr des Aufbaus einer die Einspritzdüse zum zweiten Mal öffnenden Druckwelle bestehen.

Ferner ist ebenfalls im Zusammenhang mit dem letztgenannten Fall aus der US-PS 26 12 841 ein Druckventil bekannt, das einen zylindrischen Führungsschaft mit einer zum Pumpenarbeitsraum hin offenen Sacklochbohrung aufweist, der nahe dem Ventilsitz mit in der Höhe versetzt angeordneten radialen Bohrungen versehen ist, deren Durchmesser in Richtung zum Ventilsitz hin abnimmt und deren Austrittsquerschnitt abhängig vom Ventilhub durch die sitzseitige Kante der Führungsbohrung für den Ventilschaft gesteuert wird. Mit diesen derart gesteuerten Bohrungen soll jedoch der Ventilhub abhängig von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge variiert werden, um auf diese Weise eine unterschiedliche Rücksaugmenge aus der Einspritzleitung zu erhalten und somit ein Nachspritzen der Einspritzdüse zu vermeiden. Eine Steuerung der Ventilschließgeschwindigkeit am Ende der Einspritzung wird hiermit nicht erreicht.

Im folgenden sind die beiden verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zu einer Einspritzpumpe ohne Steuerung der Schließgeschwindigkeit des Druckventils anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe ohne Steuerung der Druckventilschließgeschwindigkeit, in welcher der Pumpenzylinder und der Pumpenkolben zum Teil weggeschnitten und ein bestimmter Teil des Druckventils weggelassen sind,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Einspritzpumpe mit den Merkmalen der Erfindung,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil einer abgewandelten erfindungsgemäßen Einspritzpumpe,

Fig. 4 eine Darstellung der Änderung der Querschnittsfläche zwischen der Auslaßkammer und dem Pumpenzylinder in Abhängigkeit von der Hubhöhe des Druckventils bei der Einspritzpumpe gemäß F i g. 3,

F i g. 5 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen Querschnittsfläche und Hubhöhe des Druckventils bei den Einspritzpumpen gemäß den F i g. 2 und 3, und

F i g. 6 eine graphische Darstellung des Verhältnisses von Druckventilschließgeschwindigkeit und Druckventilhubhöhe in Abhängigkeit von der Zeit.

Bei einer in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe ohne Steuerung der Druckventilschließgeschwindigkeit ist ein Kolben 2 in einem Pumpenzylinder 1 geführt, in dessen Wand eine öffnung 3 vorgesehen ist, die verschlossen ist, wenn sich der Kolben 2 in der dargestellten Stellung befindet. Der Kolben 2 weist eine schräg verlaufende Steuerkante 21 sowie eine enge sich von der Oberseite des Kolbens zu einer unterhalb der Steuerkante 21 ausgebildeten Ausnehmung erstrecken-

de Nut 28 auf. Am Ende des Pumpenzylinders 1 ist ein Ventilträger 4 vorgesehen, der in einer Führungsbohrung 14 einen Führungsschaft eines Druckventils 5 aufnimmt. Das Druckventil 5 weist einen Entlastungskolben 6 auf und kann deshalb auch als Druckentla- stungsventil bezeichnet werden. Das Druckventil 5 wird durch eine Feder 8 in eine Schließstellung gedrängt, in welcher es den Kraftstoffdurchgang zwischen dem Pumpenarbeitsraum 23 oberhalb des Kolbens 2 und einer mit der Einspritzleitung in Verbindung stehenden Auslaßkammer 22 verschließt.

Wenn sich der Kolben aus der dargestellten Stellung weiter aufwärts bewegt, gelangt die Steuerkante 21 über die Öffnung 3, die infolgedessen geöffnet wird. Kraftstoff aus der Auslaßkammer 22 strömt abwärts über die Verbindungsbohning im Ventilträger 4, durch die im Kolben 2 vorgesehene Nut 28 und über die Öffnung 3 nach außen, bis der Entlastungskolben 6 des Druckventils 5 mit der Oberkante des Ventilträgers 4 in Berührung gelangt, so daß das Druckventil 5 den Kraftstoffrückstrom unterbricht.

Gemäß Fig. 2, in welcher den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen sind, trägt ein Rückschlagventilsitz 9 ein Rückschlagventil 10, das durch eine Feder 13 in die Schließstellung gedrängt wird. Zwischen der den Ventilträger 4 durchsetzenden Führungsbohrung 14 und einen Ringkanal 12 am Übergang zwischen dem Ventilträger 4 und dem Rückschlagventilsiitz 9 sind Bohrungen 11 vorgesehen, die über weitere, vom Ringkanal abgehende Bohrungen 11' mit dem Pumpenarbeitsraum 23 kommunizieren. Die Bohrungen 11 sind unter verschiedenen Winkeln gegenüber der den Ventilträger 4 durchsetzenden Führungsbohrung gebohrt und besitzen verschiedene Durchmesser. Wenn die Einspritzpumpe im Betrieb ihren Förderhub beendet, tritt ein Strömen von Kraftstoff aus der Auslaßkammer 22 in den Pumpenarbeitsraum 23 auf, ähnlich wie dies beim Ventil gemäß Fig. 1 der Fall ist. Das Rückschlagventil 10 verschließt jedoch die den Ventilträger 4 durchsetzende Verbindungsbohrung 24, so daß der Kraftstoff nur über die Bohrungen 11, den Ringkanal 12 sowie die Bohrungen 11' strömt. Sobald das Rückströmen auftritt, beginnt auch das Druckventil 5 zu schließen, und wenn der Entlastungskolben 6 in die Führungsbohrung 4 eintaucht, ist der Durchfluß von der Auslaßkammer 22 zum Pumpenarbeitsraum 23 unterbrochen. Bei der Abwärtsbewegung schließt das Druckventil 5 mit seinem als Kolben 7 ausgebildeten Führungsschaft nacheinander die Bohrungen 11, und wenn das Druckventil an seinem Sitz anliegt, ist nur noch die unterste Bohrung 11 offen. Die Querschnittsfläche des für den Kraftstoff von der Auslaßkammer 22 zum Pumpenarbeitsraum 23 verfügbaren Durchgangs verkleinert sich mithin mit abnehmender Hubhöhe des Druckventils 5. Dieser Zustand ist durch die gestrichelte Linie in Fig. 5 angedeutet, welche die stufenweise Änderung der Querschnittsfläche darstellt. Diese Änderung der Querschnittsflache beeinflußt die Geschwindigkeit des Abwärtshubs des Druckventils 5 und läßt diese anfänglich normal beginnen und am Ende wieder abfallen und verlängert dadurch die Zeitspanne, in der das Druckventil schließt.

Die im Vergleich zur herkömmlichen Kraftstoffeinspritzpumpe nach Fig. 1 erreichte Verbesserung ist in F i g. 6 veranschaulicht. Wie durch die zum Druckventilhub ho gehörende Kurve V_JO angedeutet, nimmt die Ventilschließgeschwindigkeit bei der herkömmlichen Pumpe nach F i g. 1 mit der Zeit zu. Die zum gemittelten Hubvorlauf hn gehörende, ebenfalls gemittelte Ventilschließgeschwindigkeit für die Einspritzpumpe gemäß Fi g. 2 ändert sich, wie durch die Kurve V_5n angedeutet, in Abhängigkeit von der Zeit, wobei die Zeitspanne für das Schließen des Ventils verlängert wird.

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die für den Rückfluß zur Verfügung stehende Querschnittsfläche mittels eines Kolbens 25, mit dem Durchmesser d2 und einem unter einem Winkel a. konisch zulaufenden Endabschnitt 10 variiert wird, welcher eine Durchgangsbohrung 27 mit dem Durchmesser d\ in einem zwischen den Pumpenzylinder 1 und dem Ventilträger 4 eingefügten Bohrungsteil 26 verschließt. Der Führungsschaft des Druckventils 5 weist einen gegenüber dem Kolben 25 größeren Durchmesser c/dauf. Die Änderung der Querschnittsfläche A_s in Abhängigkeit von der Hubhöhe des Druckventils 5 ist in Fig.5 als ausgezogene Linie dargestellt. F i g. 4 veranschaulicht den Kolben 25 mit dem konischen Endabschnitt 25 in drei Stellungen zur Darstellung der Änderung der Querschnittsfläche A₁ in Abhängigkeit von der Hubhöhe des Druckventils 5.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem Pumpenkolben, der beim Druckhub Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum über eine Verbindungsbohrung einem mit einem Ventilsitzkegel, einem diesem pumpenkolbenseitig vorgelagerten Entlastungskolben und einem daran anschließenden Ventilschaft zur Führung in einem Ventilträger versehenen, gegen Federkraft öffnenden Druckventil und über letzteres sowie eine angeschlossene Einspritzleitung einer Einspritzdüse zuführt, wobei das Ende der Einspritzung durch eine mit einem Überströmkanal zusammenwirkende Steuerkante am Pumpenkolben herbeigeführt wird, und mit einem am Druckventil ausgebildeten Steuerkolben, durch den beim Schließvorgang des Druckventils am Ende der Einspritzung mit abnehmender Hubhöhe des Ventils in zunehmendem Maße ein Kraftstoffdurchnußquerschnitt verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (7,25) pumpenkolbenseitig am Druckventil (5) ausgebildet ist und dabei entweder ein am Ende des Ventilschafts angeordneter, gegenüber diesem im Durchmesser (d2) verkleinerter, mit einem zum Pumpenkolben (2) hin konisch zulaufenden Endabschnitt (10) versehener und unter Bildung eines Ringspalts als Kraftstoffdurchflußquerschnitt in die Verbindungsbohrung (27) vom Pumpenarbeitsraum (23) zum Druckventil (5) eintauchenden Kolben (25) ist, oder ein zugleich den Führungsschaft des Druckventils (5) darstellender Kolben (7) ist, dessen pumpenkolbenseitiges Ende steuerkantig mit mehreren einerseits höhenversetzt in der Führungsbohrung (14) für den Ventilschaft und andererseits neben der mit einem zum Pumpenarbeitsraum (23) hin schließenden Rückschlagventil (10) versehenen Verbindungsbohrung (24) zwischen Druckventil (5) und Pumpenarbeitsraum (23) in letzterem mündenden Bohrungen (11,11') zusammenwirkt.